[發明專利]一種用于無線電能傳輸系統的可抗偏移耦合器有效

申請號：	202010692581.5	申請日：	2020-07-17
公開（公告）號：	CN111953083B	公開（公告）日：	2022-02-01
發明（設計）人：	曲小慧;趙瑋	申請（專利權）人：	東南大學
主分類號：	H02J50/10	分類號：	H02J50/10
代理公司：	南京經緯專利商標代理有限公司 32200	代理人：	熊玉瑋
地址：	210096 ***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種用于無線電能傳輸系統偏移耦合器
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【說明書】：

本發明公開了一種用于無線電能傳輸系統的可抗偏移耦合器，屬于發電、變電或配電的技術領域。在耦合器線圈發生偏移時，該系列抗偏移耦合器的等效自感和互感系數波動范圍均較小，適用于各種無線電能傳輸場合。該系列抗偏移耦合器包括第一原邊線圈、第二原邊線圈、第一副邊線圈、第二副邊線圈、原邊補償電容和副邊補償電容。該系列抗偏移耦合器利用線圈之間的互感特性，通過合理設計線圈耦合異名端和互感參數，實現了在偏移過程中耦合器等效自感和互感系數波動范圍較小，可用于任何補償拓撲以及構建抗偏移無線電傳輸系統，并且，該系列可抗偏移耦合器四個線圈可以集成設計，不增加額外的體積。

技術領域

本發明公開了一種用于無線電能傳輸系統的可抗偏移耦合器，涉及無線電能傳輸技術，屬于發電、變電或配電的技術領域。

背景技術

無線電能傳輸技術(Wireless Power Transfer,WPT)因供電端和受電端之間沒有電氣和機械連接使用方便且安全可靠。目前，感應式無線電能傳輸(Inductive PowerTransfer,IPT)技術是應用最廣的WPT技術。

IPT通過松耦合變壓器來傳輸能量，在一些應用中，IPT變換器的原、副邊線圈不可避免地出現偏移，從而改變互感系數，造成輸出電壓或電流出現較大波動，并降低傳輸效率。為了保證IPT系統能夠在偏移情況下輸出穩定功率，現有的研究方案主要分為三類：1、從控制角度提出一些控制策略，但這些控制策略需要額外的閉環控制器或射頻通信或DC-DC變換器，增加了系統的成本和體積，并降低了系統的效率；2、從耦合器角度提出一系列耦合器設計，如DD型、DDQ型和BP型，使得這些耦合器在線圈某個偏移方向下自身的自感系數和互感系數相對波動較小，但難以滿足其它方向的偏移；3、從補償網絡角度研究具有抗偏移特性的補償拓撲，但單個補償網絡的抗偏移能力相當有限。

綜上，目前的IPT系統的抗偏移能力相對較弱，并且不具有普適性。

發明內容

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，提供了一種用于無線電能傳輸系統的可抗偏移耦合器，通過合理的線圈耦合異名端和互感參數設計，實現了在較大的偏移量下耦合器等效自感和互感系數波動較小，可適用于任意的補償網絡，從而構建各種輸出需求的可抗偏移IPT系統，解決了現有IPT系統抗偏移能力相對較弱且不具有普適性的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種用于無線電能傳輸系統的可抗偏移耦合器，包括：第一原邊線圈、第二原邊線圈、第一副邊線圈、第二副邊線圈、原邊補償電容和副邊補償電容。

第一原邊線圈的兩端為可抗偏移耦合器的原邊輸入端，第一副邊線圈的兩端為可抗偏移耦合器的副邊輸出端。原邊補償電容的兩極分別與第二原邊線圈的兩端連接，副邊補償電容的兩極分別與第二副邊線圈的兩端連接。

為了減小可抗偏移耦合器體積，可抗偏移耦合器通過集成線圈耦合變壓器來實現，第一原邊線圈、第二原邊線圈、第一副邊線圈和第二副邊線圈共用一組磁芯結構。在耦合器正對無偏移下，第一原邊線圈與第一副邊線圈、第二原邊線圈與第二副邊線圈為兩組同軸線圈，第一原邊線圈與第二原邊線圈、第一副邊線圈與第二副邊線圈為兩組交疊線圈，第一原邊線圈與第二副邊線圈、第一副邊線圈與第二原邊線圈為兩組交叉線圈。可抗偏移耦合器在不同偏移量下同軸線圈互感M_PS和M_AB滿足M_PS≈M_AB，交疊線圈互感M_PA和M_SB滿足乘積近似恒定，即為定值M_PAM_SB，交叉線圈互感M_PB和M_SA可忽略不計。可抗偏移耦合器兩組同軸線圈耦合以及兩組交疊線圈耦合中存在奇數個異名端互感線圈。